ciencias

F´
ısica
Gu´ de Materia
ıa
´
Conservacion de la energ´
ıa
´
´
Modulo Comun
II Medio

www.puntajenacional.cl

´
´
˜
Nicolas Melgarejo, Veronica Saldana
Licenciados en Ciencias Exactas, U. de Chile
Estudiantes de Licenciatura en Educaci´n, U. de Chile
o

1.

Conservaci´n de la energ´
o
ıa

1.1.

Energ´ mec´nica y calor
ıa
a

La conservaci´n de la energ´ implicaque la energ´ total de un sistema se mantiene constante, aunque
o
ıa
ıa
se transforme en otro tipo. La energ´ mec´nica puede ser totalmente convertida en calor, pero la energ´
ıa
a
ıa
cal´rica s´lo puede ser parcialmente transformada en energ´ mec´nica. Por ejemplo la rueda de un auto
o
o
ıa
a
en movimiento tiene energ´ mec´nica que se transforma en energ´ t´rmica al frenar debido alroce con
ıa
a
ıa e
el suelo.
1.1.1.

Roce y calor

Cada vez que dos cuerpos se frotan uno contra el otro se produce fricci´n o roce entre ellos. A medida
o
que el roce aumenta comienza a elevarse paulatinamente la temperatura en ambas superficies en contacto.
Lo anterior se debe a que como los cuerpos est´n compuestos por ´tomos, y a su vez ´stos en su superficie
a
a
e
contienenelectrones, al chocar los electrones de un cuerpo con los electrones del otro cuerpo se producen
interacciones de tipo electromagn´tico. La energ´ disipada por esta interacci´n se manifiesta en calor. En
e
ıa
o
el siglo XIX James Joule demostr´ cuantitativamente que una cantidad de trabajo mec´nico determinado
o
a
produce siempre una misma cantidad de calor. El calor puede producir trabajo y rec´ıprocamente el trabajo
puede producir calor. Otra consecuencia de la conservaci´n de la energ´ la encontramos en la mezcla de
o
ıa
sustancias, en donde la energ´ cal´rica cedida por un objeto es igual al calor absorbido por el otro objeto.
ıa
o
Si sumamos a esto que cuando los cuerpos llegan al equilibrio t´rmico el calor neto es cero, se obtiene
e
QA + QB = 0

(1)

De la definici´nde calor espec´
o
ıfico podemos despejar el calor Q
Q = m · c · (Tf − Ti )

(2)

Esta relaci´n deducida de la definici´n de calor espec´
o
o
ıfico se conoce como relaci´n calorim´trica.
o
e

 Ejemplo
Se mezclan 250[g] de agua a 10◦ C con 450[g] de agua a 50◦ C. Calcular la temperatura final de la mezcla.
Soluci´n: Recordar que cuando se alcance el equilibrio ambas dosis de aguatendr´n la misma temo
a
peratura final. Adem´s el calor neto en el equilibrio es cero. Sea QA el calor los 250 gramos de agua y
a
QB el calor de los 450 gramos de agua. Usando la relaci´n calorim´trica y el principio de conservaci´n de
o
e
o
energ´ se tiene que:
ıa
QA + QB = 0
QA = −QB
250 · c · (Tf − 10) = −450 · c · (Tf − 50)
250 · (Tf − 10) = −450 · (Tf − 50)
5 · (Tf − 10) = −9 · (Tf −50)
5Tf − 50 = −9Tf + 450
14Tf = 500
Tf = 37, 5◦ C
2

1.1.2.

M´quina t´rmica
a
e

Una m´quina t´rmica es un dispositivo o sistema capaz de transformar parte de la energ´ del calor en
a
e
ıa
otro tipo de energ´ o en trabajo util. La relaci´n entre la cantidad de energ´ consumida Ec y la energ´
ıa
´
o
ıa
ıa
util Eu que es capaz de producir una m´quina t´rmica se llamarendimiento η:
´
a
e
η=

Eu
Ec

(3)

´
Ejemplo de una m´quina t´rmica es nuestro propio cuerpo. Este recibe la energ´ proveniente de los
a
e
ıa
alimentos que se expresa en calor´ Gracias al aporte cal´rico se puede producir trabajo muscular.
ıas.
o

Desaf´
ıo...
Si una ampolleta de tungsteno (las comunes de filamento) tiene una eficiencia de
η = 0, 05 ¿Cu´nta energ´ se disipa en formade calor? Respuesta
a
ıa

1.1.3.

Transformaciones de la energ´
ıa

Todos los procesos de la naturaleza tienen asociados transformaciones energ´ticas. Por ejemplo, la
e
fotos´
ıntesis es un proceso en donde se transforma la energ´ lum´
ıa
ınica proveniente del Sol en energ´
ıa
qu´
ımica; durante la combusti´n del carb´n la energ´ qu´
o
o
ıa ımica se transforma en energ´...